注冊電氣工程師考試學(xué)習(xí)資料低頻功放電路

第5章功率放大電路

2/6/2023考試大綱要求6功率放大電路6.1掌握功率放大電路的特點；了解互補推挽功率放大電路的工作原理，輸出功率和轉(zhuǎn)換功率的計算6.2掌握集成功率放大電路的內(nèi)部組成；了解功率管的選擇、晶體管的幾種工作狀態(tài)6.3了解自舉電路；功放管的發(fā)熱2/6/2023主要內(nèi)容5.1功率放大電路的一般性問題5.2乙類雙電源互補功率放大電路5.3甲乙類互補功率放大電路5.4集成功放2/6/20235.1功率放大電路的一般性問題

功率放大電路一般在多級放大電路的輸出級，主要作用是在不失真或輕微失真的前提下，盡可能地對功率進(jìn)行放大，以推動負(fù)載如揚聲器發(fā)聲、電機旋轉(zhuǎn)、繼電器動作、指示儀表偏轉(zhuǎn)等。5.1.1對功率放大電路的基本要求

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使

輸出信號電壓大；輸出信號電流大；放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。2/6/20231.功率放大器與電壓放大器的區(qū)別

電壓放大器要求負(fù)載得到不失真的電壓信號；功率放大器則要求獲得足夠的不失真的輸出功率。

功率放大電路必須考慮效率問題。為了降低靜態(tài)時的工作電流，三極管從甲類工作狀態(tài)改為乙類或甲乙類工作狀態(tài)。此時雖降低了靜態(tài)工作電流，但又產(chǎn)生了失真問題。如果不能解決乙類狀態(tài)下的失真問題，乙類工作狀態(tài)在功率放大電路中就不能采用。推挽電路和互補對稱電路較好地解決了乙類工作狀態(tài)下的失真問題。2/6/20232.功率放大器的特殊問題1）要求輸出功率盡可能大：因此放大器件工作在極限運用狀態(tài)。2）要求效率高：需要考慮減小功耗，提高電源轉(zhuǎn)換效率。3）非線性失真要小。減小非線性失真與曾大輸出功率是功率放大器的一對矛盾。4）解決功放器件的散熱問題。2/6/20233．低頻功率放大器的特點

1)要有盡可能大的輸出功率；

2)效率要高；

3)非線性失真要??；4)考慮放大器件的安全，要加裝散熱和保護(hù)裝；

5)放大器件在大信號條件下工作，采用圖解法分析。

2/6/20235.1.2提高功率放大電路效率的主要途徑

為提高效率、降低損耗，應(yīng)從兩方面考慮：一是增加放大電路的動態(tài)工作范圍來增加輸出功率；二是減少電源供給的功率，即在一定時使靜態(tài)電流減小，也就是將靜態(tài)工作點沿交流負(fù)載線下移?？芍β史糯笃魈岣咻敵龉β实耐緩剑簻p小放大管的集電極損耗！由

2/6/20231．工作狀態(tài)分類根據(jù)晶體管的靜態(tài)工作點的位置不同可分以下幾類。(1)甲類放大電路uCEiC0QAiC1ICQωt2=2

02集電極電流波形靜態(tài)工作點位置特點a.靜態(tài)功耗大b.能量轉(zhuǎn)換效率低c.放大管的導(dǎo)通角θ=π2/6/2023(2)乙類放大電路uCEiC0QAωtiC2π2π2=π03π靜態(tài)工作點位置集電極電流波形特點a.靜態(tài)功耗b.能量轉(zhuǎn)換效率高c.輸出失真大d.放大管的導(dǎo)通角2θ=π2/6/2023(3)甲乙類放大電路uCEiC0QAiC3π2π03πICQπ<2<2π靜態(tài)工作點位置集電極電流波形特點a.靜態(tài)功耗較小b.能量轉(zhuǎn)換效率較高c.輸出失真較大d.放大管的導(dǎo)通角π<2θ<2π2/6/2023甲類：三極管(2c=)360°導(dǎo)電甲乙類：三極管(2c=)180°～360°導(dǎo)電乙類：三極管(2c=)180°導(dǎo)電丙類：三極管(2c=)<180°導(dǎo)電2/6/20235.2乙類互補對稱功率放大電路

5.2.1無輸出電容的雙電源互補對稱功率放大電路（OCL）

2/6/20235.2.1乙類互補推挽功率放大電路電路特點：(1)晶體管T1、T2特性對稱；(2)電源對稱；(3)T1、T2射極輸出。2/6/20231.工作原理設(shè)ui=Uimsinta.當(dāng)ui=0時Uo=0T1、T2截止靜態(tài)功耗為零2/6/2023b.ui>0時T1導(dǎo)通T2截止電流io方向輸入信號uiuo≈uic.ui<0時T1截止T2導(dǎo)通電流io方向輸入信號uiuo≈ui2/6/2023輸出幅值為

T1通T2通Uopp=2(UCC

–

UCES)2/6/20235.2.2功率參數(shù)分析

1.輸出功率1.輸出功率由圖5-2、圖5-3可知，（5-1）當(dāng)輸出且波形不失真時，其最大值為

（5-2）設(shè)故最大不失真輸出功率為：

(忽略)2/6/2023（5-3）2.管耗

2/6/2023（5-5）（5-4）兩管總損耗

令2/6/20233.直流電源提供的功率平均集電極電流IC(AV)為兩個電源供給的總電源功率直流電流提供的功率一部分消耗在管子上，一部分提供給負(fù)載，故有（5-6）（5-7）式中

為電源在一個周期內(nèi)提供的平均電流。2/6/20234.集電極效率

功率放大電路的效率是輸出功率和電源供給功率之比。(5-8)輸出信號越大，效率越高，當(dāng)

時，效率最大。

當(dāng)時2/6/20235.功率管的選擇

2/6/20235.2.3單電源互補對稱功率放大電路（OTL）

電容C起負(fù)電源–UCC的作用2/6/20232/6/20235.3甲乙類互補對稱功率放大電路

5.3.1乙類功放的交越失真

a.產(chǎn)生失真的原因晶體管存在死區(qū)電壓b.失真的現(xiàn)象當(dāng)ui小于晶體管的死區(qū)電壓時，T1、T2都截止。輸出電流出現(xiàn)一段“死區(qū)”2/6/20230tiCiBuBE0uit0交越失真在兩個管子交替工作區(qū)域出現(xiàn)的失真稱為交越失真輸入信號輸出信號交越失真的產(chǎn)生2/6/20235.3.2消除交越失真的常用方法給功率管（T1和T2）一定的直流偏置，使其工作于微導(dǎo)通狀態(tài)，即甲乙類工作狀態(tài)。1）甲乙類互補推挽電路a.利用二極管提供偏壓二極管提供偏壓，使T1、T2呈微導(dǎo)通狀態(tài)2/6/20232）利用擴大電路實現(xiàn)偏置圖中2/6/20235.3.3單電源甲乙類互補對稱（OTL）功率放大電路

圖5-7所示是有推動級的單電源互補對稱（OTL）功率放大電路。2/6/2023當(dāng)溫度升高時，的穩(wěn)定過程如下溫度2/6/20232/